4．观察冷作硬化现象 在屈服以后出现颈缩之前的某一点e处，卸载至零，可看出在从e到o1点的卸载过程中，
力和变形仍按直线规律变化，并留下残余变形o o1,如再重新加载，仍从o1开始沿直线o1e 到e点，过e点才恢复曲线规律。此时就相当于材料的比例极限提高了。这是有利的一面， 而塑性指标（延伸率）却降低了，使材料变脆，这种现象叫冷作硬化。
F
A
B
Fm
0
ΔL
(a)
0
ΔL
(b)
图 1－4 图解方法测定最大力Fm
3．断后塑性指标
表征材料塑性性能的两个指标为断后伸长率 A 和断面收缩率 Z。
断后伸长率 A = L1 − L0 ×100% L0
断面收缩率 Z = S0 − S1 ×100% S0
式中 L0，S0－试验前的标距和横截面积。 L1，S1－拉断后的标距和横截面积。
试件承受的扭矩在剪切比例极限以内时，处于线弹性阶段 OA（图 3－1a），剪应力 和剪应变服从虎克定律，即
τ = Gr
图 3－1 当扭矩超过Mp，试件表面开始形成塑性区，转角越大，塑性区越深入到中心，Mn-φ曲线 开始平坦，一直到B点，这时Mn=Ms，可以近似的认为整个截面剪应力都达到屈服极限τ（s 图 3－2c）。
（a）低碳钢拉伸
（b）铸铁拉伸
图 1－2
图 1－2（a）表示低碳钢静拉伸试验 P－ΔL 曲线。整个过程主要包括：线弹性变形
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阶段（OA），塑性屈服阶段（BC），强化阶段（CD），局部颈缩阶段（DE）。 金属塑性变形是由于晶面间产生滑移的结果。低碳钢塑性屈服阶段，在抛光试件表
面可观察到沿最大剪应力方向（450）的滑移线。 2. 上屈服强度ReH下屈服强度ReL的测定
例试样和非比例试样之分。凡试样标距与试样原始横截面积有以下关系的，称为比例标
距，试样称为比例试样：
式中 k：比例系数
L0=k（S0）1/2
（1）
S0：原始横截面积 非比例标距（也称定标距）与试样原始横截面积不存在式（1）的关系。如果采用比例试
样，应采用比例系数k=5.65 的值，因为此值为国际通用，除非采用此比例系数时不满足
此测定方法可分为图解方法和指针方法。仲裁试验采用图解方法。下屈服强度ReL测 定时试样平行长度的变速率应在 0.00025/s～0.0025/s之间。
（1）图解方法(包括自动方法) 按照定义在曲线上判定上屈服力和下屈服力的位置 点，判定下屈服力时要排除初始瞬时效应的影响。上、下屈服力判定的基本原则如下：
④ 正确的判定结果应是下屈服力必定低于上屈服力。 上述 4 条基本原则应该说是十分重要的，不仅对人工判定方法，而且对自动化测定
方法中测定程序的编制有帮助。以测得的上和下屈服力分别计算ReH和ReL 。 （2）指针方法 试验时试验人员要注视试验机测力表盘指针的指示，按照定义判读
上屈服力和下屈服力。当指针首次停止转动，指不保持恒定的力判为下屈服力；指针首 次回转前指示的最大力判为上屈服力；当批针出现多次回转，则不考虑第一次回转，而 读取其余这些回转指示的最小力判为下屈服力；当仅呈现 1 次回转，则判读回转的最小 力为下屈服力。以测得的上、下屈服力分别计算ReH和ReL 。
最小标距 15mm的要求。在必须采用其他比例系数的情况下，k=11.3 的值为优先采用。则
对圆形试件标距L0与直径d0之比L0/ d0＝5 （k=5.65）或L0/ d0＝10（k=11.3）。
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图 1－1 试件两端为夹持部分，因夹具类型不同，试件端部可做成圆柱形，阶梯形或加工成 螺纹。( 图 1－1) （二）低碳钢的拉伸 1．拉伸过程 塑性材料在拉伸过程中的力学现象和脆性材料有明显的不同。
附录 1 万能试验机操作规程 ……………………………………………………… 35 附录 2 扭转试验机操作规程 ……………………………………………………… 36 附录 3 常用工程材料的力学性质和物理性质 …………………………………… 37
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实验一 金属拉伸实验
一．实验目的
1．测定低碳钢的上屈服强度ReH，下屈服强度ReL，抗拉强度Rm，断后伸长率A和断面收 缩率Z。
一．实验目的 1．测定低碳钢在压缩时的屈服极限σs和铸铁的抗压强度极限σb。 2．观察低碳钢和铸铁在压缩时的变形和破坏现象，并进行分析比较。 二．实验设备 1．万能材料试验机 2．游标卡尺 三．实验原理 （一）试件
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金属材料的压缩试件按国家标准 GB314－87 规定可做成四种形状，每种形状的试件 都有严格的要求。圆柱形是其中的一种，这里仅以圆柱形试件为例说明其要求。试件高 h=（1~3.5）d，一般取高为直径的二倍。试件太细容易压弯，太短时试件两端与压板间 的摩擦力影响太大。对试件两端的平面要求平行，并且必须垂直于轴线。表面光洁度为 ▽7～▽9，试验时接触面适当润滑。试件和机器平台间加球形垫板，使压力自动调中。 （二）低碳钢和铸铁的压缩
下屈服强 度
ReL (N/mm2)
抗拉强度
Rm (N/mm2)
断后伸长 率
A (%)
断面收缩 率
Z (%)
试验后试件形状
（2）铸铁拉伸试验记录及结果
最小直径 （mm）
横截面积 （mm2）
试验前试件形状
Fm (KN)
Rm (N/mm2)
试验后试件形状
（3）按比例绘制低碳钢和铸铁的 F－ΔL 曲线
实验二 金属压缩实验
- 12 -
图 3－2
则
∫ ∫ M S =
τ
A
s
ρdA
=
τ
s
A
ρdA
=
4 3
τ
sWn
或
τs
=
3 4
Ms Wn
其中
Wn
=
πd 3 16
变形过B点后材料开始强化，一直到C点时，整个截面上的剪应力达到τb试件剪断。
τb
=
3 4
Mb Wn
铸铁Mn-φ曲线图中看不到显著的塑性变形（图 3－1b），故可按弹性公式计算。
铸铁试件的断裂面接近于 450斜面（图 2－2）。试件h/d越大断口越接近 450，这与端
面摩擦约束的影响有关。450面为最大剪应力平面，故铸铁试件压缩的断口为剪切破坏。
四．实验步骤
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1．测量试件直径 用游标卡尺在试件相互垂直方向的直径各测一次，取其平均值。
2．选择试验机的量程 根据试件的强度极限和截面积，估算试件的最大载荷，选择合适的量程。
（三）铸铁的拉伸
图 1－2（b）表示铸铁的拉伸过程，在经过很小的塑性变形后呈脆性断裂。它远小于 低碳钢的强度极限，横截面积也几乎没有变化。抗拉强度为Rm。
四．实验步骤
Rm
=
Fm S0
-7-
1．打标点，测量直径 用游标卡尺在试件标距长度内取三处，测每一处截面两个相互垂直方向的直径，取
其平均值。最后以三处平均值中最小值作为试件的直径。 2．选择试验机的量程
τb
=
Mb Wn
铸铁因抗拉能力弱，故扭转破坏时断口呈 450螺旋面，为 450方向上的主应力σ1所拉断（图
3－3）。
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图 3－3
四．实验步骤
1．测量试件直径，并在低碳钢试件上沿轴向画线，用以观察扭转变形。
2．选择试验机的量程
根据试件的强度极限和截面积，估算试件的最大载荷，选择合适的量程。
1．实验目的：
2．实验设备：
3．实验成果计算与分析：
（1）低碳钢拉伸试验记录及结果
标距
（mm）
拉伸前L0断后L1最小直径（mm）拉伸前d0
断后d1
横截面积
（mm2）
拉伸前S0
断后S1
试验前试件形状
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上屈 服力
FeH (KN)
下屈 服力
FeH (KN)
最大力
Fm (KN) (KN)
上屈服强 度
ReH (N/mm2)
① 屈服前 第一人峰值力（第一个极大力）判为上屈服力，不管其后的峰值力比它大 或小。
② 屈服阶段中如呈现两个或两个以上的谷值力，舍去第一个谷值力（第一个极小值 力），取其余谷值中力中之最小者判为下屈服力。如只呈现一个下降谷值力，此谷 值力判为下屈服力。
③ 屈服阶段中呈现屈服平台，平台力判为下屈服力。如呈现多个而且后者高于前者的 屈服平台，判第一个平台力为下屈服力。
根据试件的强度极限和截面积，估算试件的最大载荷，选择合适的量程。 3．装夹试件 4．开机加载测试并观察记录 5．断后试件测量 6．实验整理
五．实验报告
此实验报告格式仅供参考，同学可以参照此原则自定报告格式。在实验报告的最后
部分，同学要综合所学知识及实验所得结论认真回答思考题并可以提出自己的见解、讨
论及存在的问题。
材料
试件直径 横截面积
（mm）
（mm2）
Fs (KN)
Fb (KN)
低碳钢
铸铁
低碳钢实验前形状 低碳钢实验后形状 铸铁实验前形状
σs (Mpa)
σb (Mpa)
铸铁实验后形状
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实验三 金属扭转实验
一．实验目的 1．测定低碳钢的剪切屈服极限τs，剪切强度极限τb。 2．测定铸铁的剪切强度极限τb。 3．综合分析比较塑性材料和脆性材料扭转时的变形及破坏特性。 二．实验设备 1．NJ-100B 型扭转试验机 2．游标卡尺 三．实验原理
2．测定铸铁的抗拉强度Rm。 3．观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的各种现象，绘制拉伸曲线图。
4．通过实测数据综合分析比较它们在拉伸时的机械性能。
二．实验设备
1．万能材料试验机
2．游标卡尺
三．实验原理
（一）试件
为了使试验数据可以互相比较。应按国家标准 GBT228－2002《金属材料室温拉伸试